Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Dendrymery – niezwykłe molekuły wykorzystywane jako transportery leków
Redakcja _, 07.11.2018 , Tagi: nośnik leków, dendrymery
Dendrymery – niezwykłe molekuły wykorzystywane jako transportery leków
Dendrymery to sferyczne nanocząsteczki, podobne do polimerów, jednak ich cechą wyróżniającą jest symetryczna budowa. Składają się z różnych podjednostek, które w zależności od rodzaju tworzą jedną, dużą molekułę. Znalazły one wiele zastosowań, jednak najbardziej interesującym jest wykorzystanie ich jako transporterów leków.

Dendrymery to wysoce rozbudowane związki chemiczne, których cechą charakterystyczną jest symetryczna struktura. Z chemicznego punktu widzenia są to rozgałęzione polimery o kształcie zbliżonym do kuli. Nazwa dendrymer pochodzi od greckich słów dendron – drzewo i meros – część [1].

Cząsteczki te zostały odkryte po raz pierwszy w 1978 roku przez Fritza Voglta, który nazwał je octopus molecules ze względu na charakterystyczny kształt przypominający ośmiornicę [2]. Początkowo nie uznano tych związków za interesujące. Dopiero po prawie 10 latach postanowiono przyjrzeć się im bliżej. Zespół Donalda A. Tomaili postanowił sprawdzić zasadę ich funkcjonowania i to właśnie wtedy wprowadzono nazwę dendrymer [3]. Co ciekawe, dokładnie w tym samym roku pracę nad octopus molecules rozpoczął również inny zespół badawczy – zespół Newcoma, który nadał tym cząsteczkom nazwę arborole, jednak ta nazwa ostatecznie nie została przyjęta jako powszechnie stosowana. Już pierwsze rezultaty okazały się interesujące i bardzo szybko inni naukowcy zaczęli badania z udziałem tych cząsteczek [4].

Dendrymery posiadają bardzo zdefiniowaną strukturę, dzięki czemu przyjmują kształt kuli. To właśnie ta właściwość odróżnia je od polimerów, które również są bardzo rozgałęzione i składają się z wielu merów (pojedynczych jednostek), jednak ich struktura jest niesymetryczna [5].

Każdy dendrymer ma taki sam schemat budowy. Podstawą jest rdzeń, wokół którego przyłączone są dendrony – przypominające gałęzie, łańcuchy różnych jednostek. Bardzo ważną cechą strukturalną dendrymerów jest obecność wolnych przestrzeni pomiędzy nimi. Każda kolejna warstwa wokół rdzenia nazywana jest generacją (Rys.1). Na powierzchni dendrymeru znajdują się grupy funkcyjne, których ilość rośnie dwukrotnie z każdą generacją. Oznacza to, że dendrymer mający w pierwszej generacji 6 grup terminalnych, w 9 generacji będzie miał ich 1536 [1, 5, 6].

Rys. 1 – budowa dendrymeru 

Rodzaj dendrymeru zależy od jednostek, z jakich jest zbudowany. Rozróżnia się wiele rodzajów dendrymerów – najbardziej popularne to PAMAM (poliamidoaminowe) czy PPI (polipropylenoiminowe), ale syntezowane są również polieterowe, karbokrzemowe czy peptydowe. Oczywiście rodzaj jednostek budulcowych wpływa na właściwości i funkcje [1, 7].

Synteza dendrymerów z powodu ich zdefiniowanej, symetrycznej struktury jest skomplikowanym procesem, który musi być kontrolowany. Istnieją dwa sposoby tworzenia dendrymerów – synteza rozbieżna i synteza zbieżna. W pierwszym przypadku jako pierwsze syntezuje się dendrony, które następnie przyłączane są do rdzenia. Drugi rodzaj polega na opłaszczaniu rdzenia kolejnymi warstwani merów, które tworzą odpowiednie dendrony i ostatecznie cały dendrymer. W obu przypadkach synteza polega na selektywnym blokowaniu i odblokowywaniu odpowiednich grup funkcyjnych, co pozwala na tworzenie symetrycznych łańcuchów [1, 6].

Dendrymery ze względu na dużą różnorodność oraz charakterystyczną budowę mają wiele zastosowań. Szczególnie ciekawym jest wykorzystanie ich jako transporterów leków. Istnieją dwie drogi, które pozwalają na przenoszenie cząsteczek przez dendrymer. Jedna z nich to wykorzystanie ogromnej ilości grup funkcyjnych na powierzchni – do grup tych dzięki odpowiedniej reakcji można przyłączyć cząsteczkę leku, a następnie po dotarciu do miejsca docelowego odłączyć tą grupę. Drugi sposób to transport cząstek wewnątrz dendrymeru – wykorzystując puste przestrzenie pomiędzy dendronami. W tym przypadku jako końcowe mery można wykorzystać cząsteczki azobenzenu, który pod wpływem światła zmienia konformację, co powoduje otwieranie i zamykanie kieszeni i łatwe umieszczanie substancji wewnątrz dendrymeru [8]. Wykorzystanie dendrymerów jako nośnika substancji ma zastosowanie przy terapii genowej, szczepionkach, a także w obrazowaniu badań MR [9].

Bardzo ciekawą cechą dendrymerów jest wykorzystanie ich samych jako leków. Ma to zastosowanie
w lekach przeciwwirusowych, przeciwbakteryjnych, a także podczas leczenia stanów zapalnych [10].

Zastosowanie dendrymerów jako nośników leków ma wiele zalet. Są to:

- ochrona leków podczas transportu w organizmie,

- zwiększenie przepuszczalności błon komórkowych dla leków,

- kontrolowanie, spowolnienie uwalniania leków, dzięki czemu obniża się ich toksyczność,

- możliwość zastosowania mniejszych dawek leku,

- możliwość przyłączenia różnych substancji leczniczych jednocześnie do jednej cząsteczki dendrymeru,

- możliwość „zaadresowania” cząsteczki dendrymeru niosącej lek – terapia celowana [7, 11].

Opisane powyżej cząsteczki mają ogromny potencjał. Niesamowicie szybko rozwijają się badania z ich wykorzystaniem i odkrywane są coraz to nowe właściwości, a co za tym idzie – możliwości wykorzystania ich w życiu codziennym.

 

Autor: Karolina Mielko

Źródła

Piśmiennictwo:

[1] „Dendrimers: Synthesis, applications and Properties”, E. Abbasi, S. F. Aval, A. Akbarzadeh, M. Milani, H. T. Nasrabadi, S. W. Joo, Y. Hanifehpour, K. Nejati-Koshki, R. Pashaei-Asl, Nanoscale Research Letters, 9, 2014, str. 247.

[2] “Octopus molecules”, F. Voglte, E. Weber, Angewandte Chemie International Edition, 13 (12), 1974, str. 814-816.

[3] “A new class of polymers: starburst-dendritic macromolecules”, D. A. Tomalia, H. Baker, J. Dewald, M. Hall, G. Kallos, S. Martin, J. Roeck, Polymer Journal, 17 (1), 1985, str. 117-132.

[4] “Micelles. Part 1. Cascade molecules: a new approach to micelles. A (27)-arborol”, G. R. Newkome, Z. Yao, G. R. Baker, V. K. Gupta, The Journal of Organic Chemistry, 50 (11), 1985, str. 2003-2004.

[5] „Advances in the chemistry of dendrimers”, M. Sowińska, Z. Urbańczyk-Lipkowska, New Journal of Chemistry, 6, 2014.

[6] „Dendrimers: properties and applications”, B. Klajnert, M.Bryszewska, Acta Biochimica Polonica, 48 (1), 2001, str. 199-208.

[7] „Dendrimer: Globular Nanostructured Materials for Drug Delivery”, B. Hari, K. Kalaimagal, R. Porkodi, P. Gajula, International Journal of PharmTech Research, 4 (1), 2012, str. 432-451.

[8] „Dendrymery w naukach biomedycznych i nanotechnologii”, S. Sękowski, K. Miłowska, T. Gabryelak, Postepy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 62, 2008, str. 725-733.

[9] „Dendrymery w naukach biomedycznych”, Z. Urbańczyk-Lipkowska, Gazeta Farmaceutyczna, 11, 2008, str. 34-36.

[10] „Dendrymery – fascynujące nanocząsteczki w zastosowaniu w medycynie”, M. Kubiak, CHEMIK 2014, 68, 2, str. 141-150.

[11] „The Role of Dendrimers in Topical Drug Delivery”, Pharmaceutical Technology Editors, Pharmaceutical Technology, 32 (11), 2008.

KOMENTARZE
Newsletter